Styrning och reglering av de viktigaste tekniska parametrarna: flödeshastighet, nivå, tryck och temperatur
Uppsättningen av enskilda operationer bildar specifika tekniska processer. I det allmänna fallet utförs den tekniska processen med hjälp av tekniska operationer som utförs parallellt, sekventiellt eller i kombination, när början av nästa operation skiftas i förhållande till början av den föregående.
Processledning är ett organisatoriskt och tekniskt problem och idag löses det genom att skapa automatiska eller automatiserade processledningssystem.
Syftet med teknisk processkontroll kan vara: stabilisering av någon fysisk kvantitet, dess förändring enligt ett givet program eller i mer komplexa fall optimering av något sammanfattande kriterium, högsta produktivitet i processen, lägsta kostnad för produkten, etc.
Typiska processparametrar som är föremål för styrning och reglering inkluderar flödeshastighet, nivå, tryck, temperatur och ett antal kvalitetsparametrar.
Slutna system använder den aktuella informationen om utgångsvärdena, bestämmer avvikelsen ε (T) kontrollerat värde Y (t) från dess bestämda värde Yo) och vidtar åtgärder för att minska eller helt eliminera ε(T).
Det enklaste exemplet på ett slutet system, kallat avvikelsekontrollsystem, är systemet för att stabilisera vattennivån i tanken, som visas i figur 1. Systemet består av en tvåstegs mätgivare (sensor), en anordning 1 styrning ( regulator) och en manövermekanism 3, som styr läget för reglerkroppen (ventilen) 5.
Ris. 1. Funktionsdiagram för det automatiska styrsystemet: 1 — regulator, 2 — nivåmätgivare, 3 — drivmekanism, 5 — reglerorgan.
Flödeskontroll
Flödeskontrollsystem kännetecknas av låg tröghet och frekventa parameterpulseringar.
Vanligtvis begränsar flödeskontroll flödet av ett ämne med hjälp av en ventil eller grind, vilket ändrar trycket i rörledningen genom att ändra hastigheten på pumpdriften eller graden av bypass (avleda en del av flödet genom ytterligare kanaler).
Principerna för tillämpning av flödesregulatorer för flytande och gasformiga medier visas i figur 2, a, för bulkmaterial — i figur 2, b.
Ris. 2. Flödeskontrollscheman: a — flytande och gasformiga medier, b — bulkmaterial, c — mediaförhållanden.
I praktiken av automatisering av tekniska processer finns det fall då det är nödvändigt att stabilisera flödesförhållandet för två eller flera medier.
I schemat som visas i figur 2, c, är flödet till G1 mastern, och flödet G2 = γG — slav, där γ — flödeshastighetsförhållandet, som ställs in i processen för statisk reglering av regulatorn.
När masterflödet G1 ändras, ändrar FF-regulatorn proportionellt slavflödet G2.
Valet av kontrolllag beror på vilken kvalitet som krävs för parameterstabilisering.
Nivåkontroll
Nivåkontrollsystem har samma egenskaper som flödeskontrollsystem. I det allmänna fallet beskrivs nivåns beteende av differentialekvationen
D (dl / dt) = Gin — Gikt + Garr,
där S är arean av den horisontella delen av tanken, L är nivån, Gin, Gikt är mediets flödeshastighet vid inloppet och utloppet, Garr - mängden medium som ökar eller minskar kapaciteten (kan vara lika med 0) per tidsenhet T.
Nivåns konstantitet indikerar jämlikheten mellan mängderna tillförd och konsumerad vätska. Detta tillstånd kan säkerställas genom att påverka tillförseln (fig. 3, a) eller flödeshastigheten (fig. 3, b) av vätskan. I versionen av regulatorn som visas i figur 3, c, används resultaten av mätningar av vätsketillförsel och flödeshastighet för att stabilisera parametern.
Vätskenivåpulsen är korrigerande, exklusive ackumulering av fel på grund av oundvikliga fel som uppstår när tillförseln och flödet ändras. Valet av regleringslag beror också på vilken kvalitet som krävs för parameterstabilisering. I det här fallet är det möjligt att använda inte bara proportionella utan även positionskontroller.
Ris. 3. System för nivåkontrollsystem: a — med effekt på strömförsörjningen, b och c — med effekt på mediets flöde.
Tryckreglering
Tryckkonstant, liksom nivåkonstans, indikerar objektets materialbalans. I det allmänna fallet beskrivs tryckförändringen med ekvationen:
V (dp / dt) = Gin — gikt + Garr,
där VE är apparatens volym, p är trycket.
Tryckkontrollmetoder liknar nivåkontrollmetoder.
Temperaturkontroll
Temperaturen är en indikator på systemets termodynamiska tillstånd. Temperaturkontrollsystemets dynamiska egenskaper beror på de fysikalisk-kemiska parametrarna för processen och apparatens design. Det speciella med ett sådant system är den betydande trögheten hos föremålet och ofta hos mätgivaren.
Principerna för implementering av termoregulatorer liknar principerna för implementering av nivåregulatorer (fig. 2), med hänsyn till kontrollen av energiförbrukningen i anläggningen. Valet av reglerande lag beror på objektets momentum: ju större den är, desto mer komplex blir den reglerande lagen. Tidskonstanten för mätgivaren kan reduceras genom att öka kylvätskans rörelsehastighet, minska tjockleken på väggarna på skyddskåpan (hylsan) etc.
Reglering av produktsammansättning och kvalitetsparametrar
Vid justering av sammansättningen eller kvaliteten på en given produkt är en situation möjlig när en parameter (till exempel spannmålsfuktighet) mäts diskret. I denna situation är förlusten av information och minskningen av noggrannheten i den dynamiska justeringsprocessen oundvikliga.
Det rekommenderade schemat för en regulator som stabiliserar någon mellanliggande parameter Y (t), vars värde beror på den huvudsakliga kontrollerade parametern - produktkvalitetsindikatorn Y (ti) visas i figur 4.
Ris. 4. System för produktkvalitetskontrollsystemet: 1 — objekt, 2 — kvalitetsanalysator, 3 — extrapolationsfilter, 4 — datorenhet, 5 — regulator.
Beräkningsanordning 4, som använder en matematisk modell av förhållandet mellan parametrarna Y(t) och Y(ti), utvärderar kontinuerligt kvalitetsbetyget. Extrapolationsfiltret 3 ger en uppskattad produktkvalitetsparameter Y (ti) mellan två mätningar.